(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短いパルスを発生するための装置（１）であって、該装置は、
偏光方向を有する偏光用パルスレーザー（１０、２、３）と、
複屈折軸を有する複屈折の光ファイバー（６）であって、前記偏光方向が、前記複屈折軸とはコリニア（co-linear）な関係にない、光ファイバーと、
前記光ファイバーの出力に配置される出力用偏光子（９）であって、前記光ファイバーの出力において偏光を選択することができる、出力用偏光子と、
を含み、前記偏光用パルスレーザーが、縦方向の擬似シングルモードのレーザーであり、前記複屈折の光ファイバーが、非ソリトンモード（a non-solitonic mode）における正常分散レジーム（a normal dispersion regime）において前記偏光方向の回転を発生するように配置され、
前記複屈折の光ファイバーは、前記光ファイバーの零分散波長が前記放射波長よりも大きいものである、
ことを特徴とする、パルス発生装置。
【請求項２】
前記パルスレーザーは、Ｑ−スイッチング・レーザーである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パルスレーザーは、８００ナノメートルと１.２マイクロメートルとの間で動作するように整えられている、請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パルスレーザー（１０、２、３）は、非偏光のスイッチ・レーザー（２）および入力用偏光子（３）を含む、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記パルスレーザーと前記光ファイバーとの間に置かれる半波長板（４）をさらに含み、該半波長板は、該半波長板の出力における前記レーザー波の偏光方向が、前記光ファイバーの複屈折軸とはコリニアにならないように配置される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光ファイバーの入力に置かれるルフェーブル・ループ（Lefevre loops）を含み、該ルフェーブル・ループは、該ルフェーブル・ループの出力における前記レーザー波の偏光方向が、前記光ファイバーの複屈折軸とはコリニアにならないように配置される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記偏光用パルスレーザーは、前記光ファイバーとの関係において、前記偏光方向が前記複屈折軸とはコリニアにならないように配置される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記偏光用パルスレーザーは、ある放射波長でレーザーパルスを放射することができ、前記光ファイバーは、前記放射波長においてシングル横モードファイバーである、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
短いパルスを発生するための方法であって、該方法は、
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の装置（１）を供給するステップと、
偏光用パルスレーザー（１０、２、３）が、長いパルスを発生するステップと、
前記短いパルスを発生するために、前記長いパルスを、複屈折の光ファイバー（６）内で切断する（cut up）ステップと、
前記短いパルスを、出力用偏光子（９）の出力において回復する（recover）ステップと、
を含むパルス発生方法。
【請求項１０】
前記短いパルスのパルス継続時間が、前記長いパルスのパルス継続時間よりも１０から１６倍も短い、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光ファイバーは、長いパルスから短いパルスを発生するために、正常分散レジームにおいて前記偏光方向の回転を発生させる、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、短いパルスを発生させる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
短いパルスを発生させるために、典型的には、数十ピコ秒または数百ピコ秒のオーダーの短いパルスを発生させるために、モードロックレーザー（mode-locked laser）を使用する方法が知られている。
【０００３】
然しながら、モードロックレーザーの平均価格は、非常に高いものである。更に、モードロックレーザーは複雑な構造となっているので、その性能を確保するために相当のメンテナンスが要求される。モードロックレーザーの出力パルス・エネルギーは、高速に繰返す頻度のために最終的には弱くなる。
【０００４】
本願発明は、短いパルスを発生する従来装置における上記欠点を解決することが目的である。
【０００５】
従って、本願発明の１つの目的は、モードロックレーザーを含めた、短いパルスを発生させる装置に代わるものとして、安価及び/又は小型の装置を、早期に提供することにある。
【０００６】
本願発明のもう１つの目的は、良好なパワーレベルを得ることができる、モードロックレーザーに代わる装置を提供することにある。
【０００７】
本願発明によれば、上記目的は、所定のパルス持続期間を有するパルスレーザーを含む装置を提供すること、および上記装置の出力で短いパルスが得られるように上記パルスの持続期間を削減することで達成される。
【０００８】
パルス持続期間を削減した後の一般的な原理は、既に公表されており、例えば、ストールン（Stolen）他が記載の刊行物「複屈折ファイバーでの光学パルスの強度弁別（Optics letters 1982年10月号）」の中に既に記載されている。
【０００９】
上記刊行物で公開した内容には、
偏光方向を有する偏光用パルスレーザーと、
複屈折軸を有する複屈折の光ファイバーであって、前記偏光方向は、該複屈折軸とは、コリニア（co-linear）な関係にない光ファイバーと、
前記光ファイバーの出力に配置された出力用偏光子であって、前記光ファイバーの出力において偏光を選択することができる出力用偏光子と、含む装置が記載されている。
【００１０】
上記刊行物は、レーザーの偏光方向が光ファイバーの複屈折軸とはコリニアにない事実が、２つの軸周辺の偏光をカー効果を使用することで回転させるによって、出力用偏光子の出力においてパルスの継続時間を削減させることが、何故可能になるのかを詳細に記載している。また、上記刊行物は、パルス持続期間が削減され、かつパルスの低出力ピンが除去される事実を記載している。出力用偏光子は、カー効果を使用して、偏光が回転した部分のパルスを回復することを可能にする。
【００１１】
上記刊行物において、記載のパルスレーザーは、モードロックのアルゴンレーザーである。従って、上記刊行物の装置は、短いパルスを発生することを可能にするが、しかし、この装置は、自身で既に短いパルスを発生するパルスレーザーを使用して、短いパルスを発生可能にしている。
【００１２】
従って、モードロックレーザーの使用は、上記に記載した不都合な点を有している。
【００１３】
更に、上記刊行物に記載されているパルス持続時間の削減方法は、削減効果が余りにも小さいために、比較的長いパルス持続時間を有するレーザーは、著しい削減が必要となるため、入力として使用することができない。
【００１４】
一方、連続モードのレーザー、通常「Ｑ−スィッチング」レーザーとして知られているレーザーは、比較的シンプルで、高価ではなく、頑健であることが知られている。
【００１５】
しかし、Ｑ−スィッチングレーザーは、数百ピコ秒のオーダーのパルスしか提供することができないことが知られている。このため、Ｑ−スィッチングレーザーは、短いパルス（数ピコ秒）または超短パルス（数十フェムト秒）の提供に使用することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本願発明は、上記のような従来技術の不都合な点を解決することを目的としている。
【００１７】
本願発明の主目的は、モードロックレーザーを含む、短いパルスを発生する装置の代替として、一層安価で、及び/又は一層小型な装置を提供することである。
【００１８】
また、本願発明は、シンプルなＱ−スィッチングレーザーによって発生することができる装置よりも、一層短いパルスを発生する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的の少なくとも１つは、短いパルスを発生するための装置に関連する発明によって達成され、本願発明の当該装置は、以下のことを特徴としている。
偏光方向を有する偏光用パルスレーザーと、
複屈折軸を有する複屈折の光ファイバーであって、上記偏光方向は、該複屈折軸とは、コリニアな関係にない、光ファイバーと、
上記光ファイバーの出力に配置された出力用偏光子であって、上記光ファイバーの出力において偏光を選択することができる、出力用偏光子と、含み、
そして、上記パルスレーザーは、縦方向の擬似シングルモードのレーザーである。
【００２０】
本願発明によれば、上記装置は、Ｑ−スィッチング・パルスレーザーのパルス継続時間を削減するような、モードロックレーザーの代替品を提示する。
【００２１】
上記刊行物内の記載内容のように、パルス継続時間の削減は、複屈折の光ファイバー内でのカー効果を使用する受動的な分割によって具体的に実行される。
【００２２】
また、本願発明によれば、選択されたパルスレーザーは、縦方向の擬似シングルモードのレーザーである。本願発明の関連において、本業界の当業者にとって一般的であるように、縦方向の擬似シングルモードのレーザーは、１つまたは２つの縦方向モードを含むレーザーに言及する。
【００２３】
本願のレーザーは、今まで使用されてきたレーザー、例えば上記刊行物内のレーザーとは明らかに異なっており、１００から２００の縦方向のモードを典型的に含むようなモードロックレーザーとは異なるものである。
【００２４】
縦方向の擬似シングルモードのレーザーのおかげで、パルス継続時間の削減効果は、大きく向上している。
【００２５】
実際、フェーズロックされた縦方向モードのパルスを発生するレーザーにとって、上記のカー効果は、最も高い強度でパルスの部分に対して著しく作用する。このような状態において、パルスピンによって合成された低いパワーレベル（一般的に、ガウス関数またはｓｅｃｈ2関数で規定）だけが、変化せずにとどまり、この結果として削減することができる。パルスのプロファイルに起因する一時的な削減は、それ故にパルスの継続時間にとって極めて小さいままにとどまり、典型的には１.５から３の係数である。
【００２６】
一方、本願発明によれば、擬似シングルモードのレーザーにとって、パルス継続時間の削減効果は、著しく改善され、削減係数を、典型的には１０より大きくすることができ、さらには１６よりも大きくすることができる。
【００２７】
また、従来技術として既知であるが、アーメド（Ahmed）他が、1995年2月の電気学会誌（ELECTRONICS LETTERS）に掲載した題名「１.５５分布帰還型半導体レーザーを使用した１８５フェムト秒のペデストラル（pedstral）フリーのパルス発生法」の文献に、短いパルスを発生可能にする装置を記載している。この装置は、
偏光方向を有する偏光用パルスレーザーと、
複屈折の光ファイバーと、
上記光ファイバーの出力で偏光を選択することができる出力用偏光子と、含む。
【００２８】
この文献において、偏光用パルスレーザーは、ＤＦＢレーザー（当業者は、この頭文字が、「分布帰還型レーザー（ＤＦＢ：Distributed Feedback Laser）」を表記することを知るであろう）である。このＤＦＢレーザーは、波長１.５５マイクロメートルで動作する半導体の利得スイッチングレーザーである。上記文献によれば、このレーザーによって放射されるパルスは、複屈折の光ファイバー内でのソントン効果および偏光の非線形回転によって、圧縮され、削除される。
【００２９】
それなのに、上記文献は、ＤＦＢレーザーの縦モードについて述べていない。しかしながら、既に述べたように、当業者は、ＤＦＢレーザーが、多数の縦モードを、典型的には１００から２００の縦モードを含む可能性があることを充分承知している。従って、上記文献は、縦方向の擬似シングルモードのレーザーの使用について記載しておらず、またそれ故に、上記で述べた本願発明のようなカー効果によるレーザーパルス継続時間の削減を得ることもない。
【００３０】
加えて、ソントン効果および偏光の回転の組み合わせは、偏光の回転だけを使用して得られる効果とは異なる特別の効果を生じさせる。特に、ソリトンレジーム（regime）は、異常な散乱レジームを強いることになる。さらに、ソリトン波のパワーは、ソリトン効果によって固定される。
【００３１】
この結果、本願発明によれば、パルス継続時間の削減効果は、縦モードの擬似シングルモードのレーザーおよび偏光の回転の組み合わせから得られ、上記文献に記載されているような、ソリトン効果および偏光の回転の組み合わせからは得られない。本願発明の装置は、非ソリトンの偏光の回転を使用しており、この結果、ソリトン回転を使用する最先端の装置よりも、パルス継続時間の良好な削減を可能にしながら、一層簡単で、一層安価で、調整面で一層柔軟な装置となっている。
【００３２】
上記文献に関連して、本願発明は、非ソリトンレジームにおいても、パルス継続時間の良好な削減を得ることの課題を主として解決している。
【００３３】
更に、６００ピコ秒のパルスのために、最先端技術のソリトンレジームは、パルスを非常に短いサブパルス（sub-pulses）の状態に発展させるような効果を有している。従って、最先端技術において、削減した継続時間と共にシングルパルスを選択することは、非常に困難となる。一方、本願発明によれば、非ソリトンレジームを使用することで、装置は、全タイプのパルスの継続時間を削減することができる。
【００３４】
更に、本願発明のように、非ソリトンレジーム内に存在することは、通常の散乱レジームを得ることを可能にする。従って、１マイクロメートルで放射するマイクロ・レーザーと結合している、１マイクロメートルの標準のシングルモードの光ファイバーを使用することが可能となる。こうして得られる装置は、ソリトン伝搬によって課せられる異常な散乱レジームを使用する最先端の装置よりも、一層簡単で、一層安価な装置となる。
【００３５】
最後に、上記文献において、ソリトンレジームが原因で、ナノ秒またはサブナノ秒のパルスを使用することが非常に困難であり、または不可能でさえある。
【００３６】
また、本願発明の更なる有利な特性を以下に記載する。
【００３７】
特に、複屈折の光ファイバーは、通常の散乱レジーム内において、特に非ソリトンレジーム内において、偏光方向の回転を発生するように配置することができる。本願発明により、パルス継続時間の削減効果を得ることができ、ソリトンレジーム内においても削減効果を得ることができる。
【００３８】
更に、パルスレーザーは、非常に小さなキャビティ長を有するＱ−スィッチングレーザーにすることができる。従って、このキャビティ長は、レーザー増幅材質の利得幅Ｍよりも大きい必要がある縦方向のモード間に、フリークエンシャルなスペーシング（frequential spacing）「ｄｆ」を強いることになる。既知の方法において、上記スペーシングの値「ｄｆ」は、ｄｆ＝ｃ/（２.ｌ）である。なお、ｃは、光の速度を、ｌは、キャビティの長さを示す。このことは、レーザーが、縦方向に擬似シングルモードになることの確保を容易にする。パルスレーザーは、８００ナノメートルおよび１.２マイクロメートルの間で動作するＱ−スィッチングレーザーにすることができる。
【００３９】
更に、偏光方向を有するパルスレーザーを得るために、偏光子を付随させた非偏光のパルスレーザーを使用するか、または元来の偏光レーザーを使用することで可能になる。後者は、レーザーからの全パワーを、元来の偏光方向において享受できる利点を有する。一方、偏光子を付随させたレーザーの利点は、偏光方向を容易に選択できることである。
【００４０】
更に、上記装置は、上記偏光用パルスレーザーと上記光ファイバーとの間に置かれる半波長板をさらに含むことができ、上記半波長板は、上記半波長板の出力における上記レーザー波の偏光方向が、上記光ファイバーの複屈折軸とはコリニアにならないように配置される。
【００４１】
代替として、上記偏光用パルスレーザーは、上記光ファイバーとの関係において、上記偏光方向が上記複屈折軸とはコリニアにならないように配置される。
【００４２】
代替として、上記装置は、光ファイバーの入力に置かれるルフェーブル・ループ（Lefevre loops）と呼ばれるループを含むことができ、該ルフェーブル・ループは、該ループの出力での上記レーザー波の偏光方向が、上記光ファイバーの複屈折軸とコリニアにならないように配置することができる。これらルフェーブル・ループは、上記光ファイバーの複屈折軸に対して偏光される、パルスレーザーの偏光ベクトルの方向を制御することができる。これらルフェーブル・ループは、ファイバーを介して伝搬する放射光の偏光ベクトルを方向付けるパワーを有するものとして、当業者には知られている。
【００４３】
更に、モード散乱を避けるために、上記偏光用パルスレーザーは、任意の放射波長でレーザーパルスを放射することができるようにし、そして、上記ファイバーは、上記放射波長に対して横方向のシングルモードのファイバーである。
【００４４】
更に、上記光ファイバーは、ファイバーの零分散波長が、上記放射波長よりも大きくなるようにすることができる。このことが、既に記載したような、パルス削減を妨げるソリトン効果と呼ばれる物理効果を避けることになる。
【００４５】
また、本願発明は、短いパルスを発生するための方法に関連し、この方法は、
既に記載したような装置を供給するステップと、
偏光用パルスレーザーが、長いパルスを発生するステップと、
短いパルスを発生するために、上記長いパルスを、上記複屈折の光ファイバー内で分割するステップと、
上記短いパルスを、上記出力用偏光子の出力において再生するステップと、を含む。
【００４６】
この方法において、出願人は、上記短いパルスの継続時間が、上記長いパルスの継続時間よりも１０から１６倍も短くすることができることを証明した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
１つの実施例を、添付図面に関連して以降で説明する。なお、添付図面を下記に示す。
【図１】本願発明による装置の一実施例を示す図である。
【図２Ａ】本願発明による装置の入力側でパルスレーザーが発生するパルスを示す図である。
【図２Ｂ】本願発明による装置の出力側で得られるパルスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１に示すように、本願発明の装置１は、パルスレーザー２、入力用偏光子３、入力用半波長板４、入力用レンズ５、複屈折の光ファイバー６、出力用レンズ７、出力用半波長板８、および出力用偏光子９を含む。
【００４９】
パルスレーザー２は、１ナノ秒のオーダーの継続時間を有するパルスを放射することができるレーザーである。大まかに言えば、パルスレーザー２は、１００ピコ秒以上のパルス継続時間を有するパルスを放射することができるレーザーである。この制限以下では、パルス継続時間のどのような削減も実行することが困難である。
【００５０】
放射周波数は、約６ＫＨｚである。また、この放射周波数は、本願発明の関連において、典型的には１００ＫＨｚまで変化させることができる。
【００５１】
パルスレーザー２は、８００ナノメートルと１.２マイクロメートルとの間にある波長の範囲内で放射し、好ましくは波長１０６４ナノメートルを伴う近赤外線の範囲内で放射する。
【００５２】
レーザー２は、縦方向のシングルモードまたは最大限でも２倍モードのレーザーであって、例えばＱ−スィッチングレーザーである。また、レーザー２は、横方向のシングルモードまたは２倍モードのレーザーであって、この場合、横方向のモードに対して１つの縦方向のモードを備える。このことは、各横断モードによって導かれる縦方向のモード・ピンがｃ/（２.１）より大きく分離するように、レーザーのキャビティが配置されるときに可能となる。ここで、ｃは、光の速度を、ｌは、キャビティ長を示し、上記配置により、縦方向のシングルモードは、レーザー増幅器の材質のゲイン領域内にあることになる。レーザー２は、例えばマイクロ・レーザーにすることができる。
【００５３】
入力用偏光子３は、レーザーの出力ビームを偏光するために、レーザーの出力側に配置される。レーザー２と入力用偏光子３とを含む集合体は、偏光用レーザー１０を形成する。その内容は、以下に説明する。
【００５４】
レーザー２の出力が、直接偏光されるとき、上記入力用偏光子は、本願発明の実施例から除外することができる。このとき、偏光用レーザー１０は、レーザー２だけを含む。
【００５５】
光ファイバー６は、レーザーからの波長１０６４ナノメートルの放射波を横断させるシングルモードのファイバーである。従って、このファイバーは、複屈折の軸を、または中立軸とも呼ばれる軸を含む、複屈折の光ファイバーである。
【００５６】
位相差板（半波長板）４は、偏光用レーザー１０と光ファイバー６との間に配置され、光ファイバー６の複屈折の軸方向に対して偏光用レーザー１０の偏光軸を向けるようにする。
【００５７】
光ファイバー６に対する偏光用レーザー１０の出力の方向付けにおいて、位相差板４は、偏光用レーザー１０の偏光軸を向けるようにして、該偏光の方向が、光ファイバー６の複屈折の軸方向と並行にならないようにする。偏光用レーザー１０を、光ファイバー６に対して上記条件が満たされるように直接的に向けるとき、本願発明との関連において、位相差板４を無しにすることができる。
【００５８】
レンズ５は、位相差板４から支給されるレーザー信号を光ファイバー６に入射する手段を形成する。
【００５９】
レーザー信号は、光ファイバー６を通過し、複屈折によって生じる光ファイバーの非線形効果に従うことになる。これらの効果とは、例えば、スペクトル広がりに対応する、自己位相変調または相互位相変調の効果である。特に、既に述べた刊行物で示したように、カー効果は、レーザー信号の偏光ベクターの回転を導く。このカー効果は、光ファイバーの入力側における信号の偏光方向が上記複屈折の軸とはコリニアでないときに発生され、この結果、２つの軸上への偏光ベクターのプロジェクションが、零よりも大きくなる。
【００６０】
光ファイバー６は、偏光ベクターの回転効果が、非ソリトンモードにおける正常分散レジームにおいて（in a normal dispersion regime in a non-solitonic mode）生じるようになる。
【００６１】
出力側で、視準レンズ（出力用レンズ）７は、低い発散のビームを提供する。
【００６２】
出力用偏光子９は、光ファイバー６また半波長板８に関連する方向に、入力パルスの持続時間からほぼ１６の最大係数までの短いパルスとの間に拡張させながら、一層長い持続時間または一層短い持続時間を選択することを可能にしている。
【００６３】
出力用偏光子９を、出力信号が選択できるように、光ファイバー６との関連において配置するとき、半波長板８の手段によって、カー効果に従う大部分のパワーだけが、可能な限りサンプルされる。
【００６４】
そして、図示していないが、一時的なアナライザーを置くことが可能となり、上記のようにして得られる一時的な信号のプロファイルを決定することが可能となる。
【００６５】
出願人は、入力パルスレーザーが縦方向に擬似シングルモードである事実のおかげで、パルスの削減効果が非常に強力であることを示した。好ましい、このカー効果の使用法は、特に１０から１６のオーダーの係数の削減を得ることを可能にする。
【００６６】
図２Ａは、偏光用レーザー１０によって放射されたパルスを、時間と対応する強度の形状で示した図である。典型的なパルス継続時間は、約７３０ピコ秒である。
【００６７】
図２Ｂは、本願発明による装置１の出力で得られた信号で、ピコ秒内の時間と対応する強度の形状で示した図である。典型的なパルス継続時間は、約４５ピコ秒であり、削減係数１６に対応している。
【００６８】
上記削減係数は、複屈折のファイバーとマルチモードレーザーとの関係に関連する刊行物において報告された削減係数よりも、かなり大きい値なっている。
【００６９】
本願発明の関連において、装置１の出力において得られたパルスは、偏光用レーザー１０の出力において得られたパルスに対して短くなっており、この結果、偏光用レーザー１０は相対的により長いパルスを発生する。短いパルスおよび長いパルスの間の比率は、約１から１０以上にすることができる。
【図１】
0005563307.tif 000002
【図２Ａ】
0005563307.tif 000003
【図２Ｂ】
0005563307.tif 000004